力－力矩覺傳感器

用于測量機器人自身或與外界相互作用而產生的力或力矩的傳感器。它通常裝在機器人各關節(jié)處。剛體在空間的運動可以用 6個坐標來描述，例如用表示剛體質心位置的三個直角坐標和分別繞三個直角坐標軸旋轉的角度坐標來描述?？梢杂枚喾N結構的彈性敏感元件 來敏感機器人關節(jié)所受的 6個自由度的力或力矩，再由粘貼其上的應變片（見半導體應變計 、電阻應變計 ）將力或力矩的各個分量轉換為相應的電信號。常用彈性敏感元件的形式有十字交叉式、三根豎立彈性梁式和八根彈性梁的橫豎混合結構等。在每根梁的內側粘貼張力測量應變片，外側粘貼剪切力測量應變片，從而構成 6個自由度的力和力矩分量輸出。

壓覺傳感器

測量接觸外界物體時所受壓力和壓力分布的傳感器。它有助于機器人對接觸對象的幾何形狀和硬度的識別。壓覺傳感器的敏感元件可由各類壓敏材料制成，常用的有壓敏導電橡膠、由碳纖維燒結而成的絲狀碳素纖維片和繩狀導電橡膠的排列面等。

如圖是以壓敏導電橡膠為基本材料的壓覺傳感器。在導電橡膠上面附有柔性保護層，下部裝有玻璃纖維保護環(huán)和金屬電極。在外壓力作用下，導電橡膠電阻發(fā)生變化,使基底電極電流相應變化,從而檢測出與壓力成一定關系的電信號及壓力分布情況。通過改變導電橡膠的滲入成分可控制電阻的大小。例如滲入石墨可加大電阻，滲碳、滲鎳可減小電阻。通過合理選材和加工可制成高密度分布式壓覺傳感器。這種傳感器可以測量細微的壓力分布及其變化，故有人稱之為“人工皮膚”。

滑覺傳感器

用于判斷和測量機器人抓握或搬運物體時物體所產生的滑移。它實際上是一種位移傳感器。兩電極交替盤繞成螺旋結構，放置在環(huán)氧樹脂玻璃或柔軟紙板基底上，力敏導電橡膠安裝在電極的正上方。在滑覺傳感器工作過程中，通過檢測正負電極間的電壓信號并通過ADC將其轉換成數字信號，采用DSP芯片進行數字信號處理并輸出結果，判定物體是否產生滑動。

滑覺傳感器按有無滑動方向檢測功能可分為無方向性、單方向性和全方向性三類。

無方向性傳感器有探針耳機式，它由藍寶石探針、金屬緩沖器、壓電羅謝爾鹽 晶體和橡膠緩沖器組成?；瑒訒r探針產生振動，由羅謝爾鹽轉換為相應的電信號。緩沖器的作用是減小噪聲。

單方向性傳感器有滾筒光電式，被抓物體的滑移使?jié)L筒轉動，導致光敏二極管接收到透過碼盤（裝在滾筒的圓面上）的光信號，通過滾筒的轉角信號而測出物體的滑動。

全方向性傳感器采用表面包有絕緣材料并構成經緯分布的導電與不導電區(qū) 金屬球。當傳感器接觸物體并產生滑動時，球發(fā)生轉動，使球面上的導電與不導電區(qū)交替接觸電極,從而產生通斷信號,通過對通斷信號的計數和判斷可測出滑移的大小和方向。

觸覺傳感器在假肢中的應用

假肢可以奇跡般地恢復一些截肢者失去的功能，但它們至今尚無法完成一件事，那就是恢復準確的觸覺。如今，研究人員報告說，在不遠的將來，這些人造的手臂和腿腳有可能獲得接近真實的觸覺。利用一種兩層的柔韌薄塑料，科學家研制出一種新的電子傳感器，能夠模擬人體皮膚中觸覺傳感器的神經信息而向小鼠腦組織傳送信號。

長期以來，多個研究團隊一直試圖為假肢佩戴者恢復觸覺。例如，兩年前，美國俄亥俄州克利夫蘭市凱斯西儲大學的研究人員報告說，通過在假手使用者的手臂外圍神經中連接壓力傳感器從而使其獲得了觸覺。

然而盡管這些成績已經恢復了基本的觸覺，但其傳感器和信號與皮膚中的天然觸覺傳感器——機械性感受器發(fā)送的信號仍存在巨大差異。

當人體中的機械性感受器感受到壓力后，它們會發(fā)送一股神經脈沖；壓力越大，脈沖頻率越高。而之前的觸覺傳感器在更大的壓力下會產生更強的電信號，而不是高頻脈沖流。電信號必須被發(fā)送到另一個處理芯片，該處理芯片將信號的強度轉換成一個數字脈沖流，然后才被發(fā)送到周圍神經或腦組織中去。

受到天然機械性感受器的啟發(fā)，由加利福尼亞州帕洛阿爾托市斯坦福大學化學工程師鮑哲南率領的研究人員，開始著手研制能夠直接大量產生數字信號的人造皮膚。

據鮑哲南介紹，這是第一種能夠感知壓力并與大腦溝通的柔性人造皮膚，距真正像人類皮膚的柔性人造皮膚“更近一步”。

這種人造皮膚像“一頁紙那么薄”，可以分為兩層，外層是可以感知壓力的傳感器，由塑料材料加上碳納米管制成；內層是由噴墨打印機印刷出的柔性電子電路，可以把壓力信號改變成電信號并傳遞給大腦。

觸覺傳感器在工業(yè)制造中的應用

如今大熱的工業(yè)互聯網中重要的角色就是工業(yè)機器人。著名汽車制造商比如特斯拉、寶馬等等的車間幾乎見不到一個人，全靠工業(yè)機器人實現組裝、噴漆、檢測等工作。今年富士康在國內引進數千機器人取代工人更是證明了未來制造業(yè)采用工業(yè)機器人是大勢所趨。力傳感器賦予機器人的手腕觸覺。力傳感器安裝在機器人和它操作的機臺之間，這樣兩者間的所有力都能被機器人和機臺感知和監(jiān)控。

2015年問世的一款新型的鍵盤產品“101touch”，其特色在于鍵盤完全是一塊可定制的觸摸屏，你可以根據電腦使用需求來更改鍵盤布局，來適應不同的需求，如打字、游戲操作、視頻播放編輯等等，甚至變成一款專為兒童設計的卡通鍵盤。

觸覺傳感器在可穿戴電子產品中的應用

近年來，便攜式智能電子產品發(fā)展日新月異，出現了眾多多功能的可穿戴器件。將電子產品用于手鐲、眼鏡和鞋子等隨身穿戴品一樣“穿戴”在身上已然成為一種新時尚。其中，穿戴式觸覺傳感器是當下科技圈最前沿的領域之一，可模仿人與外界環(huán)境直接接觸時的觸覺功能，主要包括對力信號、熱信號和濕信號的探測，是物聯網的神經末梢和輔助人類全面感知自然及自己的核心元件。

發(fā)展穿戴式、能夠適應基底任意變形、同時對多種無規(guī)則觸覺刺激有準確響應的新型觸覺傳感器件至關重要。隨著石墨烯、碳納米管、氧化鋅、液態(tài)金屬等新型功能材料的出現，柔性電子相關制備技術的革新，穿戴式觸覺傳感器的研究在近幾年得到了迅猛的發(fā)展。

穿戴式觸覺傳感器通常構建在類似皮膚的彈性基底或者可伸縮的織物上以獲得柔性和可伸縮性。隨著材料科學、柔性電子和納米技術的飛速發(fā)展，器件的靈敏度、量程、規(guī)模尺寸以及空間分辨率等基礎性能提升迅速，甚至超越了人的皮膚。同時，為了適應對力、熱、濕、氣體、生物、化學等多刺激分辨的傳感要求，器件設計更加更精巧，集成方案也更加更成熟。具有生物兼容、生物可降解、自修復、自供能及可視化等實用功能的智能傳感器件也應運而生。此外，穿戴式電子產品朝著集成化方向發(fā)展，即針對具體應用將觸覺傳感器與相關功能部件（如電源、無線收發(fā)模塊、信號處理、執(zhí)行器等）有效集成，打造具有良好柔性、空間適應性和功能性的穿戴式平臺。

目前，穿戴式觸覺傳感器在實際應用仍然面臨很多挑戰(zhàn)，例如傳感器在反復變形過程中的性能退化，多刺激同時探測的串擾解耦，穿戴式平臺內部器件之間的力、熱、電性能匹配等。應對這些挑戰(zhàn)將帶來新的機遇，為相關材料制備、器件加工及系統(tǒng)集成指明未來的發(fā)展方向。毫無疑問，穿戴式觸覺傳感器將朝向更加柔性化、小型化、智能化、多功能化、人性化方向發(fā)展。觸覺傳感器的適用范圍將大大拓寬，在人機交互系統(tǒng)、智能機器人、移動醫(yī)療等領域具有巨大的應用前景。